Презентация по физике на тему: "Лазеры". Презентация на тему "лазеры физика" Презентация на тему принцип действия использования лазера

Cлайд 1

Cлайд 2

Лазер как физический прибор. Лазер (оптический квантовый генератор) (аббревиатура слов английской фразы: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - усиление света в результате вынужденного излучения), источник оптического когерентного излучения, характеризующегося высокой направленностью и большой плотностью энергии. Существуют газовые лазеры, жидкостные и твердотельные (на диэлектрических кристаллах, стеклах, полупроводниках). В лазере происходит преобразование различных видов энергии в энергию лазерного излучения. Существуют лазеры непрерывного и импульсного действия Лазеры получили широкое применение в научных исследованиях (в физике, химии, биологии и др.), в практической медицине (хирургия, офтальмология и др.), а также в технике (лазерная технология). Лазеры позволили осуществить оптическую связь и локацию, они перспективны для осуществления управляемого термоядерного синтеза.

Cлайд 3

Спонтанное и вынужденное излучение. 1917 г. А. Эйнштейн: Механизмы испускания света веществом Спонтанное (некогерентное) Вынужденное (когерентное)

Cлайд 4

Лазеры А.М. Прохоров Н.Г. Басов Ч. Таунс В 1954 г. Впервые создали генераторы электромагнитного излучения, использующие механизм вынужденного перехода. Т. Мейман В 1960 г. создал лазер в оптическом диапазоне работающий на рубине.

Cлайд 5

Cлайд 6

Cлайд 7

Виды лазеров Газовые гелий-неоновый аргоновый криптоновый ксеноновый азотный втористо-водородный кислородно-йодный углекислотный (CO2) на монооксиде углерода (CO) эксимерный На парах металлов -гелий-кадмиевый -гелий-ртутный -гелий-селеновый -на парах меди -на парах золота Твердотельные -рубиновый -алюмо-иттриевые -на фториде иттрия-лития -на ванадате иттрия -на неодимовом стекле -титан-сапфировые -александритовый -оптоволоконный -на фториде кальция Другие типы -полупроводниковый лазерный диод -на красителях -на свободных электронах -псевдо-никелево-самариевый

Cлайд 8

РУБИНОВЫЙ ЛАЗЕР Первый квантовый генератор света был создан в 1961 году Мейманом (р.1927) на рубине. Рубин - это твёрдый кристалл, основой которого является корунд, т.е. кристалл окиси алюминия (Al2O3), в котором небольшая часть атомов алюминия (около 0,05%) замещена ионами хрома Cr+++. Для создания инверсной заселённости используется оптическая накачка, т.е. освещение кристалла рубина мощной вспышкой света. Рубину придают форму цилиндрического стержня, концы которого тщательно отполированы, посеребрены, и служат зеркалами для лазера. Для освещения рубинового стержня применяют импульсные ксеноновые газоразрядные лампы-вспышки, через которые разряжаются батареи высоковольтных конденсаторов. Лампа-вспышка имеет форму спиральной трубки, обвивающейся вокруг рубинового стержня. Под действием мощного импульса света в рубиновом стержне создаётся инверсная заселённость и благодаря наличию зеркал возбуждается лазерная генерация, длительность которой чуть меньше длительности вспышки накачивающей лампы.

Cлайд 9

Cлайд 10

Гелий-неоновый лазер. Ге лий-нео новый ла зер - лазер, активной средой которого является смесь гелия и неона. Гелий-неоновые лазеры часто используются в лабораторных опытах и оптике. Имеет рабочую длину волны 632,8 нм, расположенную в красной части видимого спектра. Гелий-неоновый лазер. Светящийся луч в центре - это не собственно лазерный луч, а электрический разряд, порождающий свечение, подобно тому, как это происходит в неоновых лампах. Луч проецируется на экран справа в виде светящейся красной точки.

Cлайд 11

Все лазеры состоят из трёх основных частей: - активной (рабочей) среды; - системы накачки (источник энергии); - оптического резонатора (может отсутствовать, если лазер работает в режиме усилителя). Каждая из них обеспечивает для работы лазера выполнение своих определённых функций. Рабочим телом гелий-неонового лазера служит смесь гелия и неона в пропорции 5:1, находящаяся в стеклянной колбе под низким давлением (обычно около 300 Па). Энергия накачки подаётся от двух электрических разрядников с напряжением около 1000 вольт, расположенных в торцах колбы. Резонатор такого лазера обычно состоит из двух зеркал - полностью непрозрачного с одной стороны колбы и второго, пропускающего через себя около 1 % падающего излучения на выходной стороне устройства. Гелий-неоновые лазеры компактны, типичный размер резонатора - от 15 см до 0,5 м, их выходная мощность варьируется от 1 до 100 мВт.

Cлайд 12

Применение лазеров Наука Вооружение Медицина Промышленность и быт Спектроскопия Измерение расстояний Фотохимия Намагничивание Интерферометрия Голография Охлаждение Термоядерный синтез Лазерное оружие «Звездные войны» Целеуказатели Лазерный прицел Лазерное наведение Скальпель Точечная сварка тканей Хирургия Диагностика Удаление опухолей Резка, сварка, маркировка, гравировка CD, DVD-проигрыватели, принтеры, дисплеи Фотолитография, считыватель штрихкода Оптическая связь, системы навигации (л.гироскоп) Манипуляции микрообъектами

Cлайд 13

Cлайд 14

Cлайд 15

Лазерное сопровождение музыкальных представлений (лазерное шоу) -Твердотельные и жидкостные лазеры.

Cлайд 16

Полупроводниковый лазер, применяемый в узле генерации изображения принтера Hewlett-Packard

Cлайд 17

Cлайд 18

В настоящее время трудно представить прогресс в медицине без лазерных технологий, которые открыли новые возможности в разрешении многочисленных медицинских проблем. Изучение механизмов воздействия лазерного излучения различных длин волн и уровней энергии на биологические ткани позволяет создавать лазерные медицинские многофункциональные приборы, диапазон применения которых в клинической практике стал настолько широким, что очень трудно ответить на вопрос: для лечения каких заболеваний лазеры не применяют? Развитие лазерной медицины идет по трем основным ветвям: лазерная хирургия, лазерная терапия и лазерная диагностика. Нашей областью деятельности являются лазеры для применений в хирургии и косметологии, имеющие достаточно большую мощность для разрезания, вапоризации, коагуляции и других структурных изменений в биоткани. Использование лазеров в медицине.

ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор) – устройство, генерирующее когерентные и монохроматические электромагнитные волны видимого диапазона за счет вынужденного испускания или рассеивания света атомами (ионами, молекулами) активной среды. Слово «лазер» – аббревиатура слов английской фразы «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» – усиление света вынужденным излучением. Рассмотрим эти понятия подробнее.

Применение лазера Уникальные свойства лазерного излучения сделали квантовые генераторы незаменимым инструментом в самых разных областях науки и техники. Например: 1.Технические лазеры 2.Лазерная связь 3.Лазеры в медицине 4.Лазеры в научных исследованиях 5.Военные лазеры

Технические лазеры Мощные лазеры непрерывного действия применяются для резки, сварки и пайки деталей из различных материалов. Высокая температура излучения позволяет сваривать материалы, которые иными методами соединить нельзя (например, металл с керамикой). Высокая монохроматичность излучения позволяет сфокусировать луч в точку диаметром порядка микрона.

Технические лазеры Идеально прямой лазерный луч служит удобной «линейкой». В геодезии и строительстве импульсные лазеры применяют для измерения расстояний на местности, рассчитывая их по времени движения светового импульса между двумя точками. Точные измерения в промышленности производят при помощи интерференции лазерных лучей, отраженных от концевых поверхностей изделия.

Лазерная связь Появление лазеров произвело переворот в технике связи и записи информации. Существует простая закономерность: чем выше несущая частота (меньше длина волны) канала связи, тем больше его пропускная способность. Именно поэтому радиосвязь, вначале освоившая диапазон длинных волн, постепенно переходила на все более короткие длины волн. По лазерному лучу можно передать в десятки тысяч раз больше информации, чем по высокочастотному радиоканалу. Лазерная связь осуществляется по оптическому волокну – тонким стеклянным нитям, свет в которых за счет полного внутреннего отражения распространяется практически без потерь на многие сотни километров. Лазерным лучом записывают и воспроизводят изображение (в том числе движущееся) и звук на компакт-дисках.

Лазеры в медицине Лазерная техника широко применяется и в хирургии, и в терапии. Лазерным лучом, введенным через глазной зрачок, «приваривают» отслоившуюся сетчатку и исправляют дефекты глазного дна. Хирургические операции, производимые «лазерным скальпелем» меньше травмируют живые ткани. А лазерное излучение малой мощности ускоряет заживление ран и оказывает воздействие, аналогичное иглоукалыванию, практикуемому восточной медициной (лазерная акупунктура).

Научные исследования Чрезвычайно высокая температура излучения и высокая плотность его энергии дает возможность исследовать вещество в экстремальном состоянии, существующем только в недрах горячих звезд. Делаются попытки осуществить термоядерную реакцию, сжимая ампулу со смесью дейтерия с тритием системой лазерных лучей (т.н. инерционный термоядерный синтез). В генной инженерии и нанотехнологии (технологии, имеющей дело с объектами с характерными размерами 10 –9 м) лазерными лучами разрезают, передвигают и соединяют фрагменты генов, биологических молекул и детали размером порядка миллионной доли миллиметра (10 –9 м). Лазерные локаторы (лидары) применяются для исследования атмосферы.

Военные лазеры Военное применение лазеров включает как их использование для обнаружения целей и связи, так и применение в качестве оружия. Лучами мощных химических и эксимерных лазеров наземного или орбитального базирования планируется разрушать или выводить из строя боевые спутники и самолеты противника. Созданы образцы лазерных пистолетов для вооружения экипажей орбитальных станций военного назначения.

Слайд 2

Историческая справка Принцип действия лазера Свойства лазерного излучения Виды лазеров Применение лазеров

Слайд 3

Историческая справка

В 1940г. российский физик В.А.Фабрикант указал на возможность использования явления вынужденного излучения для усиления электромагнитных волн. В 1954г. Российские ученые Н.Г.Басов и А.М.Прохоров и независимо от них амери-канский физик Ч.Таунс использовали явление индуцированного излучения для создания микроволнового генератора радиоволн с длиной волны 1,27 см («мазер»). В 1963г. Н.Г.Басков и А.М.Прохоров и Ч.Таунс были удостоены Нобелевской премии. В 1960г. Американскому ученому Т.Мейману удалось создать квантовый генератор индуцирующий излучение оптического диапазона. Новый генератор назвали «лазер».

Слайд 4

Принцип действия лазера

На уровне 3 у атомов «время жизни» около 10-8с, после чего они самопроизвольно переходят в состояние 2 без излучения энергии. «Время жизни» на уровне 2 составляет 10-3 с. Создается «перенаселенность» этого уровня возбужденными атомами. Атомы, «перенаселившие» 2 уровень, самопроизвольно переходят на первый уровень с излучением большого количества энергии. В обычных условиях атомы находятся в низшем энергетиче-ском состоянии. За счет поглощения энергии волны часть атомов переходит в высшее энергетическое состояние (на 3 энергетический уровень).

Слайд 5

Свойства лазерного излучения

Лазеры создают пучки света с малым углом расхождения (10-5 рад.). Свет, излучаемый лазером, монохроматичен, т.е. Имеет только одну длину волны, один цвет. Лазеры являются самыми мощными источниками света: сотни и тысячи ватт. Мощность излучения Солнца - 7·103Вт, а у некоторых лазеров – 1014Вт.

Слайд 6

Виды лазеров

Рубиновый лазер Импульсная лампа с зеркаль- ным отражателем «накачивает» энергию в рубиновый стержень. В веществе стержня, возбужден- ном световой вспышкой, возникает лавина фотонов. Отражаясь в зеркалах, она усиливается и вырывается наружу лазерным лучом.

Слайд 7

Газовые лазеры Между зеркалами находится запаянная трубка с газом, который возбуждается электрическим током. Неон светится красным светом, криптон – желтым, аргон – синим.

Слайд 8

Газо-динамический лазер Похож на реактивный двигатель. В камере сгорания сжигается угарный газ с добавлением керо-сина или бензина, или спирта. В мощном газодинамическом лазере свет рождает струю раскаленного газа при давле-нии в десятки атмосфер. Проносясь между зеркалами, молекулы газа начинают отдавать энергию в виде световых квантов, мощность которых 150 - 200 кВт.

Слайд 9

Полупроводниковый лазер В полупроводниковом лазере излучает слой между двумя полупроводниками разного типа (p-типа, n-типа). Через этот слой – не толще листа бумаги – пропускают электрический ток, возбуждающий его атомы.

Слайд 10

Жидкостный лазер Жидкость с красителем в специальном сосуде устанавли-вается между зеркалами. Энергия молекулы красителя «накачивается» оптически с помощью газовых лазеров. В тяжелых молекулах органических красителей вынужден-ное излучение возникает сразу в широкой полосе длин волн. С помощью светофильтров выделяют свет одной длины волны.

Слайд 11

Применение лазеровЛазер режет, сваривает, кует, сверлит и т. д.

Тонкую вольфрамовую проволоку для электри-ческих лампочек протя-гивают через отверстия в алмазах,пробитые лазер-ным лучом. Рубиновые подшипники – камни для часов – обраба-тывают на лазерных стан-ках-автоматах.

Слайд 12

Лазерный луч сжигает любой, даже самый прочный и жаростой-кий материал. Лазерные станки для шлифовки дорожки качения в кольцах сверхмалых подшипников.

Слайд 13

Применение лазеровв медицине

В руке у хирурга лазерный скаль-пель. Глазную операцию, которая раньше была бы очень сложной(или невозможной вообще), теперь можно проводить амбулаторно.

Слайд 14

Красный луч рубинового лазера свободно проходит сквозь оболочку красного шарика и поглощается синим, прожигая его. Поэтому при хирургической операции световой луч воздействует на стенку кровеносного сосуда, «не замечая» самой крови.

Слайд 15

Лазерный перфоратор «Эрмед-303» для бесконтактного взятия проб крови. Первый отечественный лазерный аппарат «Мелаз-СТ», применяю-щийся в стоматологии.

Слайд 16

Применение лазеровв экологии

Лазеры на красителях позволяют следить за состоянием атмосферы. Современные города накрыты «колпаком» пыль-ного, закопченного воздуха. О степени его загрязнения можно судить по тому, насколько сильно в нем рассеиваются лазер-ные лучи с разной длиной волны. В чистом воздухе свет не рассеивается, его лучи становятся невидимыми.

Слайд 17

Применение лазеровпри посадке самолетов

Заходя на посадку, самолет движется по пологой траекто-рии – глиссаде. Лазерное устрой-ство, помогающее пилоту, особенно в непогоду, тоже названо «Глис-сада». Его лучи позволяют точно сориентироваться в воздушном прост-ранстве над аэро-дромом.

Слайд 21

Литература

С.В.ГромовФизика. 11класс/ М. «Просвещение». 2002г. С.Д.Транковский. Книга о лазерах / М. «Детская литература». 1988г. Большой энциклопедический словарь школьника / М. «Большая Российская энциклопедия». 2001г. Энциклопедия для детей.Техника. / М. Аванта. 2004г. Энциклопедический словарь юного физика / М. «Педагогика-Пресс». 1997г.

Слайд 22

Слайд- презентацию оформила учитель физики МОУ «Большекустовская средняя общеобразовательная школа» Усынина Любовь Владимировна 2007 г.

Посмотреть все слайды

Ученика Абалуева Егора 11 «б»

Оптические квантовые генераторы, излучение которых лежит в видимой и инфракрасной области спектра, называются лазерами.

Лазер – это устройство, в котором энергия, например тепловая, химическая, электрическая, преобразуется в энергию электромагнитного поля – лазерный луч

В возбуждённом состоянии атом находится около 10 -8 с, после чего самопроизвольно (спонтанно) переходит в основное состояние, излучая при этом квант света.

Спонтанное излучение происходит при отсутствии внешнего воздействия на атом и объясняется неустойчивостью его возбуждённого состояния.

Если же атом подвергается внешнему воздействию, то время его жизни в возбуждённом состоянии сокращается, а излучение уже будет вынужденным или индуцированным. Понятие о вынужденном излучении было введено в 1916 г А. Эйнштейном.

Под индуцированным излучением понимается излучение возбужденных атомов под действием падающего света Индуцированное излучение.

1940 г. В. А. Фабрикант (возможность использования явления вынужденного излучения) 1954 г. Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и Ч. Таунс (создание микроволнового генератора) 1963 г. Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и Ч. Таунс были удостоены Нобелевской премии История изобретения лазера.

Направленность Монохроматичность Когерентность Интенсивность Свойства лазерного излучения.

При работе лазера часто используется система трёх энергетических уровней атома, второе из которых – метастабильное со временем жизни атома в нём до 10 -3 с.

Трехуровневая схема оптической накачки Указаны «времена жизни» уровней E2 и E3. Уровень E2 – метастабильный. Переход между уровнями E3 и E2 безызлучательный. Лазерный переход осуществляется между уровнями E2 и E1.

Ла́зер обычно состоит из трёх основных элементов: * Источник энергии (механизм «накачки») * Рабочее тело; * Система зеркал («оптический резонатор»).

Основная деталь рубинового лазера – рубиновый стержень. Рубин состоит из атомов Al и O с примесью атомов Cr . Именно атомы хрома придают рубину цвет и имеют метастабильное состояние.

Лазеры способны создавать пучки света с очень малым углом расхождения. Все фотоны лазерного излучения имеют одинаковую частоту (монохроматичность) и одно и то же направление (согласованность). Лазеры являются мощными источниками света (до 10 9 Вт, т.е. больше мощности крупной электростанции).

Обработка материалов (резание, сварка, сверление); В хирургии вместо скальпеля; В офтальмологии; Голография; Связь с помощью волоконной оптики; Лазерная локация; Использование лазерного луча в качестве носителя информации.